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氯化鈉摻雜PEDOT:PSS實現高填充因子鈣鈦礦太陽能電池

近年來， 以CH3NH3PbI3為代表的有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池因其突出的光電性能和高光電轉換效率而受到研究者們越來越多的關注。其中PEDOT:PSS作為一種傳統的空穴傳輸材料，其具有高透光率、良好的熱穩定性以及和鈣鈦礦匹配的級，被廣泛的應用于反式的平面鈣鈦礦太陽能電池結構中。印刷方法，將PEDOT:PSS/AgNW材料從玻璃襯底上轉移。但是，以往的研究很少關注PEDOT:PSS的表面屬性對鈣鈦礦晶體生長和器件性能的影響。

這一方法不僅改善了PEDOT:PSS本身的導電性，同時通過其表面分布的NaCl小晶體改善了上層鈣鈦礦薄膜的質量。通過這種簡單的方式同時提高了填充因子（高達81.9%）和開路電壓，使鈣鈦礦電池的性能從平均的15.1%提升到了17.1%，g達到18.2% 且基本沒有出現遲滯現象。通過系統的分析對比闡明了電池性能提升的本質可歸因于兩方面: ① NaCl的摻雜導致了PEDOT和PSS的相分離，從而提高了電導率和空穴提取能力；② 基本一致的NaCl和MAPbCl3晶格參數（不匹配度低于<2%）和 （001）面匹配的氯原子排列使得PEDOT:PSS 表面分布的NaCl作為種子誘導形成了均勻的具有一定（001）取向的鈣鈦礦薄膜。（7）化學生物傳感器PEDOT/PSS復合材料作為傳感材料具有結構穩定可逆，電化學活性好，生物兼容性好，且能與不同制備方法相結合，與不同材料共聚復合等優點。該研究能很好的與印刷技術相兼容，從而實現和晶體取向可調的鈣鈦礦太陽能電池的量產。

傳統的硅太陽能由于制備流程復雜、硬件設備投資高，使得電池成本高，限制了更大規模的應用。因此，開發新型低成本太陽能電池具有重要的實際應用價值。這種雜化的薄膜提供了多條導電通道，有利于載流子的傳輸和電荷收集，從而增強了器件響應的可靠性。選用制備工藝簡單的新型電荷選擇性材料（PEDOT:PSS（聚(3,4-亞乙二氧基s吩)-聚（b乙烯磺酸））與晶硅基片形成非摻雜的異質結太陽能電池，可以避免摻雜所需要的高溫工藝，有望獲得低成本的硅基異質結太陽能電池。

但是這類異質結電池存在PEDOT:PSS材料本身空穴遷移率低，PEDOT:PSS/硅接觸面性能差，以及硅/金屬電極接觸電阻高等問題，限制了電池轉換效率的提高。針對這一些列問題，蘭州大學物理科學與技術學院彭尚龍團隊采用PEDOT:PSS材料改性、光吸收改善、硅納米陷光結構的構筑、硅表面鈍化和硅/金屬界面接觸電阻降低等策略，實現電池轉換效率提升和成本降低，取得了一系列研究成果。然后以HNTs/PEDOT為模板,利用導電聚合物PEDOT和KMnO4之間的反應,將KMnO4還原成MnO2,并且使其成功包覆在HNTs/PEDOT的表面,得到了復合材料HNTs/PEDOT/MnO2。

通過滾涂法制備了一種摻雜二甲j亞砜(DMSO)和炭黑的改性PEDOT∶PSS新型對電極。固定炭黑的加入量,調節PEDOT∶PSS與DMSO的比例,用滾涂法制備了不同的薄膜對電極。通過四探針測試儀、掃描電鏡、太陽電池測試儀,分別測試了薄膜對電極的方塊電阻、表面形貌及其光電性能。通過掃描電子顯微鏡(SEM)對TiO_2納米管和PEDOT∶PSS進行表面微觀形貌表征。結果表明,當PEDOT∶PSS溶液與DM-SO的質量比為4.5∶1時,制備的對電極組裝的電池性能,短路電流密度為2.12 mA/cm2,開路電壓為0.64 V;炭黑的加入使電池的光電轉化效率從1.02%提高到1.81%。

在這些復合使用的材料中，導電高分子PEDOT/PSS由于具有與絕大多數有機物匹配的功函數，以及良好的導電性和光透過率，且可以采用溶液法/印刷工藝制程。然而PEDOT/PSS的導電性能難以滿足OLED等元器件對透明電極的要求，單獨作為透明電極使用尚需要長時 間的技術突破。這一方法不僅改善了PEDOT:PSS本身的導電性，同時通過其表面分布的NaCl小晶體改善了上層鈣鈦礦薄膜的質量。納米銀線與PEDOT/PSS兩種材料的復合使用可以將兩種導電材料的性質互相取長補短，即在保證電導率的同時，又可以解決能級匹配的問題，同時PEDOT/PSS也可以用于改善納米銀線材料涂布時表面的不均勻性，為未來柔性器件領域大規模量產透明電極提供了一種新型的解決方案。